1. Geochemistry of CO2-rich gases venting from submarine volcanism: The case of kolumbo (hellenic volcanic arc, Greece)
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Paraskevi N. Polymenakou, Antonios Magoulas, Manolis Mandalakis, Nicolas Marusczak, Danai Lampridou, Antonio Caracausi, Georgios Kotoulas, Alain Castillo, Jeroen E. Sonke, Valérie Chavagnac, Andrea Luca Rizzo, Paraskevi Nomikou, Rizzo, A, Caracausi, A, Chavagnac, V, Nomikou, P, Polymenakou, P, Mandalakis, M, Kotoulas, G, Magoulas, A, Castillo, A, Lampridou, D, Marusczak, N, Sonke, J, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di Palermo, Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Faculty of Geology & Geoenvironment, Hellenic Centre for Marine Research (HCMR), IMBBC, HCMR, Hellenic Centre for Marine Research (HCMR)-Hellenic Centre for Marine Research (HCMR), Institute of Marine Biology and Genetics, Hellenic Center for Marine Research (HCMR), Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - 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Paul Sabatier (UT3), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - 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- Subjects
Gas–water interaction ,Hellenic Volcanic Arc ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,Geochemistry ,Volcanism ,010502 geochemistry & geophysics ,01 natural sciences ,Hydrothermal circulation ,Hydrothermal system ,Isotopic signature ,Mediterranean sea ,Submarine gase ,[SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry ,[SDU.STU.VO]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Volcanology ,14. Life underwater ,lcsh:Science ,Submarine volcano ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,0105 earth and related environmental sciences ,geography ,submarine gases ,geography.geographical_feature_category ,CH4 ,Volcanic arc ,Fumarole ,CH 4 ,Volcano ,13. Climate action ,CO 2 ,General Earth and Planetary Sciences ,lcsh:Q ,CO2 ,Kolumbo submarine volcano ,gas-water interaction - Abstract
Studies of submarine hydrothermal systems in Mediterranean Sea are limited to the southern Italian volcanism, while are totally missing in the Aegean. Here, we report on the geochemistry of high-temperature fluids (up to 220°C) venting at 500 m b.s.l. from the floor of Kolumbo submarine volcano (Hellenic Volcanic Arc, Greece), which is located 7 km northeast of Santorini Island. Despite the recent unrest at Santorini, Kolumbo submarine volcano is considered more active due to a higher seismicity. Rizzo et al. (2016) investigated the He-isotope composition of gases collected from seven chimneys and showed that are dominated by CO2 (>97%), with only a small air contamination. Here we provide more-complete chemical data and isotopic compositions of CO2 and CH4, and Hg(0) concentration. We show that the gases emitted from different vents are fractionated by the partial dissolution of CO2 in water. Fractionation is also evident in the C-isotope composition (δ13CCO2), which varies between -0.04 and 1.15‰. We modeled this process to reconstruct the chemistry and δ13CCO2 of intact magmatic gases before fractionation. We argue that the CO2 prior to CO2 dissolution in water had δ13C ∼-0.4‰ and CO2/3He ∼1 × 1010. This model reveals that the gases emitted from Kolumbo originate from a homogeneous mantle contaminated with CO2, probably due to decarbonation of subducting limestone, which is similar to other Mediterranean arc volcanoes (e.g., Stromboli, Italy). The isotopic signature of CH4 (δ13C ∼-18‰ and δD ∼-117‰) is within a range of values typically observed for hydrothermal gases (e.g., Panarea and Campi Flegrei, Italy), which is suggestive of mixing between thermogenic and abiotic CH4. We report that the concentrations of Hg(0) in Kolumbo fluids are particularly high (∼61 to 1300 ng m-3) when compared to land-based fumaroles located on Santorini and worldwide aerial volcanic emissions. This finding may represent further evidence for the high level of magmatic activity at Kolumbo. Based on the geo-indicators of temperature and pressure, we calculate that the magmatic gases equilibrate within the Kolumbo hydrothermal system at about 270°C and at a depth of ∼1 km b.s.l.
- Published
- 2019
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